百色百矿铝业冶炼有限公司 广西百色 533600
摘 要：近年来，随着桂西高锂氧化铝的使用，区域内各个电解铝企业生产的原有纯氟电解质体系逐渐变为复杂电解质体系，其中的氟化锂的含量已经达到了1%，更有甚者已经接近了4%。氟化锂的含量不断升高，使得电解铝电解质初晶温度不断降低，相应工艺配置和生产操作的难度也随之加大，部分企业生产工艺调整滞后导致了电解槽过热度加大，稳定性随之出现恶化症状，传统的纯氟电解质体系工艺参数配置和生产操作，越来越不足以支持电解槽稳定运行。为了能够及时解决这些存在的问题，相关的单位应当积极主动的加大研究力度，并对现状采用适当的应对方案。
关键词：高锂氧化铝；复杂铝电解质体系；铝电解；氟化锂
1 桂西高锂氧化铝现状
桂西的铝土矿集中分布在平果、田东、田阳、德保、靖西、那坡、隆安、邕宁、崇左等县境内，探明铝土矿储量居全国第4位，预测铝土矿储量在8.7亿t以上。
随着铝工业的快速发展，我国的铝土矿中铝硅比可以说是逐年降低，在氧化铝产量飞速上涨的同时，氧化铝中的锂、钾含量亦显著升高,原来国内只是河南、山西的氧化铝含锂较高，以桂西为代表的桂西氧化铝含锂量较低，但随着铝土矿开采向地表深处延伸、铝硅比从原来8以上降到向3-5之间，锂、钾等杂质含量亦在升高。一般来说，氧化铝中锂的含量超过0.03%就可以被称作高锂氧化铝了。下列表1是国内部分氧化铝企业氧化铝的生产原料铝土矿的各种杂质含量的调查报告。根据相关的调查研究显示，国内氧化铝生产中，使用高锂铝土矿为原料的氧化铝产量占了总产量的大约60%，高锂氧化铝已经渐渐地成为电解铝工业中重要的组成部分之一，桂西某企业采用的氧化铝原料，Li2O、K2O含量达到0.013%、0.032%，且有逐年上升趋势。
2 高锂氧化铝使用给电解生产带来的影响
冶金级氧化铝中，大于90%的氧化铝在最后都会作为铝生产过程之中的原料，但因为有交叉利用高锂氧化铝的现象存在，我国有超过60%的电解铝企业都不得不面对十分尴尬的局面。原来交叉使用高锂氧化铝导致的复杂电解质体系大都为北方电解企业，现在使用桂西氧化铝原料的电解企业，电解质中杂质含量也逐年上升，部分电解槽电解质中的LiF、KF含量达到3.62%、1.81%，已经和北方相关电解铝企业电解质体系无异。近十年，锂盐与钾盐在电解质之中的含量相对的变化趋势详见下列表2。
一般而言，低含量的氟化锂可以大幅度提高电解质的导电率，有效地使得电解质的熔点下降，此外还能够进一步延长电解槽的使用寿命。但锂盐的加入也会造成熔融原态铝液的质量有所下降。
2.1 降低电解质熔点
研究探讨氟化锂使得电解质熔点降低的学术问题，如今可谓是硕果累累。作为现场技术管理者，我们认为各种添加剂对电解初晶温度的影响是综合性的，在低含量范围内，每增加1%LiF可降低电解质初晶温度8℃左右。
2.2 降低电解质中氧化铝溶解性能
就铝电解生产而言，氧化铝的溶解速度是至关重要的。随着氟化锂浓度的逐步增加，氧化铝的溶解度会有所下降，随着加入锂盐，会影响氧化铝的溶出率，增加了出现氧化铝沉淀的可能。就桂西部分电解铝企业生产情况，因锂盐、钾盐综合作用，因低溶解度和低初晶温度导致出现大量的氧化铝被迫析出，部分槽子出现巨量的氧化铝沉淀，破坏了电解槽的稳定，恶化生产指标，曾一度使生产过程出现能耗、物耗和人力的极大浪费。
2.3 氟化锂对电流效率的影响
相关研究和实践表明，铝电解质中含有1.5%～3.0%的氟化锂含量可以保持电解过程的最优状态。由于氟化锂可增大电解质的电导率，减少电解质的黏度，降低电解质的蒸气压，降低电解质密度，从而可以降低电解槽工作电压，实现低电压运行。但氟化锂浓度大于5%以后，出现氧化铝部分粘附在阳极炭块底部区域，使阳极出现消耗不均匀现象，破坏了电解槽的稳定，从而降低了电流效率。若氟化锂的浓度大于7%，电解液的凝固点将大幅度下降，其对电解槽的热平衡有着显著的负面影响。依据现场生产工艺数据，氟化锂的浓度大于1.5%而小于3.0%的时候，电解过程效率较高，能耗相对更低。对于桂西电解铝生产而言，氟化锂和氟化钾的综合影响，仍需要更多的经验积累和技术探索。
2.4 氟化锂对氟化盐消耗的影响
高锂复杂电解质体系，随着电解温度下隆和氟化铝占比相对降低，可降低氟化铝蒸汽压和挥发性，故而，高锂电解质体系中相关氟化盐的消耗量往往要比其他体系要更低一些。
2.5 氟化锂对槽寿命的影响
经过相关的实验显示，电解槽启动后的两个月里，其中的氟化锂含量较其他的时间段会更高一些。有关结果表明，电解槽内衬可以实现氟化锂的高效吸收，内衬之中的氟化锂浓度一般大于百分之1.5而小于百分之2.5。Li（锂）能够和C（碳）产生化学反应产生碳化锂化合物，依据碳化物的基本特性，锂和碳自身所具有的亲和力要强于其他的碱金属，一定程度制约钾等元素对电解槽使用寿命的不利影响。
2.6 氟化锂对产品质量与铸造的影响
铝电解过程中，部分锂会产生还原反应从而进入到原态铝液的内部，通常含量为10～30 ppm。若铝液中锂的含量大于2ppm，流动性相对而言要差一些，铸造过程相对难度更大。浇铸的过程有可能会对流道造成损坏甚至有可能造成堵塞。当锂的含量大于10 ppm 的时候，铸造产品的表面会相对更加的不平整，脆性也相对有所提升。但相对重熔用铝锭而言，没有危害性，对于加工企业，因其在铝液精炼过程中可以得到解决，未见到相关危害性的案例。
3 高锂氧化铝铝电解节能技术研究进展
在复杂电解质体系中，因高锂氧化铝长期的使用，便会造成大量的氟化锂产生和富集。目前，国内部分铝电解生产企业，电解质中的氟化锂含量已经远远大于3%，有时甚至能够超过7%，极度恶劣地影响到企业的正常生产过程。
1)电解槽所处的电解温度会显署下降。当其他的条件不随之发生改变的时候，电解的初晶温度会继续下降。
2)炉膛的规整度会出现恶化的情况。炉底的沉淀物会大幅度增多，炉帮明显的变得不规整，使流体运行不规则，影响电解平稳。
3)电解生产的稳定程度相对有所下降，因噪声值增加而被迫提高电压，致使工作电压会有所上升。
4)因温度下降，原有电解槽设计的热平衡不再适用，电流效率会有所下降，能量的损耗会大幅度提升。相关工艺参数配置不合理、理论值与过热度的差异过大会使得能耗和相关技术指标进一步恶化。
依据上述高锂氧化铝投入使用之后出现的各类问题，有关的研究机构和铝电解企业应该试着从各种不同的角度来针对性地解决问题。一般有下列几种方法。
1)积极开发革新当前的电解生产工艺技术，从而实现复杂电解质体系的节能、低耗、高效生产过程;
2)合理使用低锂氧化铝和高锂氧化铝，控制氟化锂在合理的可控范围内;
3)全流程开发革新高锂氧化铝的提取技术。
4）合理优化新的电解槽保温型内衬设计，满足低温电解要求。
结 语
桂西铝土矿开采的品位越来越低，高锂氧化铝的产量会逐年增加。如何实现高锂氧化铝资源的合理开发和高效能的使用，是现今我国铝工业特别是桂西铝电解企业需要解决的关键性问题。目前，高锂电解质的提取技术仍在研究的过程之中，高锂氧化铝的节能技术也在推进，并且已经部分取得了良好效果，对更高锂含量的复杂电解质体系的生产工艺技术仍需要进一步探索。
参考文献
[1]周云峰,李昌林,柴登鹏,张延利,黄海波,汪艳芳.富锂氧化铝电解过程中锂平衡研究[J].轻金属,2016(01):30-33.
[2]黄海波,邱仕麟.高锂氧化铝对铝电解生产的影响[J].轻金属,2014(08):26-28.
论文作者:黄尚展
论文发表刊物:《科学与技术》2019年第07期
论文发表时间:2019/9/3
标签：氟化论文; 氧化铝论文; 电解质论文; 电解槽论文; 含量论文; 铝土矿论文; 铝电解论文; 《科学与技术》2019年第07期论文;